催化重整工艺与工程

1 1. 目前我国催化重整现状2. 催化重整工艺概况3. 催化重整工艺类型及技术特点4. 催化重整装置的工艺流程5. 催化重整的专用设备6. 重整装置能耗分析7. 降低重整能耗的措施8. 流程改进及提高效益的某些措施9. 安全设施设置的考虑10. 装置的扩能改造 11. 投资及成本分析 目 录 2 “催化重整”是以石脑油（直馏和各类加氢石脑油）为原料，在催化剂的存在下，生产富含芳烃的高辛烷值汽油组分，并副产含氢气体等产品的工艺 31.目 前 我 国 催 化 重 整 现 状 4 1965年我国在大庆建成投产了第一套10万吨/年的工业化催化重整装置 经过40年的发展，到2005年3月共建成投产催化重整装置65套 总加工能力2190万吨/年，约占原油总加工能力的10%左右连续重整装置18套，加工能力为1190万吨/年半再生重整装置47套，加工能力为1000万吨/年 1.目前我国催化重整现状 5 建设投产年代 建设装置套数，套 处理量，万吨/年 原设计/改造增加万吨/年半再生 连续重整 合计 半再生 连续重整 合计60 4 - 4 55 - 55 40/1570 9 - 9 160 - 160 117/4580 7 1 8 110 60 170 139/3590 19 11 30 450 730 1180 1050/131 2000 8 6 14 225 400 625 至2005年3月合计 47 18 65 1000 1190 2190 1.目前我国催化重整现状 6 90年 代 以 前 的 25年 ， 建 成 投 产 了 21套 催 化 重 整 装 置 ， 其 中 只 有 一 套 连 续重 整 装 置 90年 代 以 后 的 15年 间 共 建 成 投 产 了 44套 催 化 重 整 装 置 ， 占 全 部 投 产 装 置总 套 数 的 68%； 而 其 加 工 能 力 占 全 部 投 产 装 置 总 能 力 的 82.4% 90年 代 以 后 的 15年 就 建 成 投 产 了 17套 连 续 重 整 ， 占 全 部 投 产 连 续 重 整 装置 总 套 数 的 94.4%,占 能 力 的 95%1.目前我国催化重整现状 7 已 建 成 装 置 的 规 模 分 布 情 况规模，万吨/年 数量，套 占总套数的比例，% 15 27 4152040 24 3745100 12 185100 2 31.目前我国催化重整现状 8 装 置 按 目 的 产 品 分 类 目的产品为芳烃的为23套，加工能力为770万吨/年，占总能力的35.1%； 目的产品为高辛烷值汽油组分的为30套，加工能力为820万吨/年，占总能力的37.5%； 在生产芳烃的同时兼顾生产汽油的为12套，加工能力为600万吨/年，占总能力的27.4%。1.目前我国催化重整现状 9 连续重整装置占总套数的27.7%，加工能力却占到了54.3%。 18套连续重整装置中的5套平均反应压力为0.8MPa左右,其余的平均反应压力为0.35MPa左右，单套装置的平均能力为66万吨/年； 连续重整装置所采用的工艺技术包括了UOP和IFP两家专利公司的各代专利技术，已具有国际 水平。 1.目前我国催化重整现状 10 半再生重整装置的平均反应压力大多在1.5MPa左右单套装置的平均能力为21.3万吨/年，平均能力偏低 大多是80年代以后建设的，技术水平比较高1.目前我国催化重整现状 11 中 石 化 集 团 总 公 司 所 属 企 业 目 前 共 建 成 投 产 催 化 重 整 装 置 29套 ， 总 加 工 能 力 为 1236万 吨 /年 装置类型 数量 加工能力套 占全国的比例，% 万吨/年 占全国的比例，%半再生 18 38.3 407 40.7连续重整 11 61.1 829 69.7 合计 29 44.6 1236 56.4 1.目前我国催化重整现状 12 中石化集团总公司催化重整装置的数量不到全国总数的一半，但能力却超过全国总能力的一半 连续重整装置单套装置的平均能力为75万吨/年,比全国单套平均能力高14% 半再生重整单套装置的平均能力为22.6万吨/年,比全国单套平均能力稍高 在已建成投产的催化重整装置数量、能力、管理和操作水平 还是在催化剂生产、掌握的工艺技术水平等诸方面高于全国平均水平。 1.目前我国催化重整现状 13 半再生和连续重整催化剂都已经实现了国产化，并达到国际水平 半再生重整的工程设计全部国产化 连续重整仅购买专利使用权，全部工艺和工程设计实现国产化，并且开发出了以“逆流移动床”为代表的具有自主知识产权的连续重整专利技术。1.目前我国催化重整现状 14 与发达国家相比还有差距 我国催化重整近年来发展较快、技术水平不低，但能力等差别较大 先进国家催化重整的加工能力已经占原油一次加工能力的的20以上。 除总加工能力远远低于欧州和北美外等发展中国家外，单套装置尤其是半再生重整装置的平均能力偏低 由于原料来源等原因，现有的装置普遍开工不足。因此，装置的操作成本高，大部分装置的能耗都在4000MJ/t重 整进料以上 1.目前我国催化重整现状 15 目前我国生产的车用汽油在质量方面与世界燃料规范及国内车用无铅汽油新标准相比的主要差距烯烃含量高硫含量高芳烃及苯含量相对较低其中烯烃含量差距最大 造成上述这种情况的主要原因是我国车用汽油的构成不合理 1.目前我国催化重整现状 16 我国车用汽油调和组分中 催化裂化汽油所占比例太大 催化重整汽油和其它高质量汽油组分所占比例太小 低辛烷值（直馏）汽油组分还占一定比例。1.目前我国催化重整现状 17 催化重整装置生产的汽油的特点辛烷值高烯烃含量很低芳烃含量较高基本不含硫、氮、氧等杂质 催化重整汽油的这些特点正好能弥补目前我国车用汽油的质量缺点，是理想的可增加的调和组分。要实现车用汽油质量的升级换代，就要调整汽油构成，减少催化裂化汽油所占比 例，增加其它汽油调和组分尤其是催化重整汽油的比例。 1.目前我国催化重整现状 18 催化重整装置与其它生产高质量汽油的工艺相比其原料来源广范，加工量大可根据需要在一定范围内调整所生产的汽油辛烷值的高低 是解决目前我国车用汽油质量的最有效和最重要的手段。是实现汽油质量升级的主要工艺1.目前我国催化重整现状 19 重整产氢是炼厂宝贵的氢源，目前，国内柴油产品的质量指标也正在逐步提高，对硫含量等限制更加严格，所以要建设大量的加氢装置，因而就需要大量的氢气 采用制氢等装置生产的氢气成本很高，生产每吨纯氢近万元 催化重整可付产大量廉价的含氢气体，重整装置的纯氢产率为2.54.0,氢纯度可达90%（分子），是加氢装置非常好的氢源 一套规模为60万吨/年的催化重整装置,采用半再生重整纯氢产量至少每年1.5万吨，采用连续重整纯氢产量每年约2.4万吨。可为一套120200万吨/年的柴油加氢精制装置提供氢气，节省大量的制氢原料，降低加氢装置的操作成本 1.目前我国催化重整现状 20 催化重整装置生产的汽油芳烃含量较高，一般为5580（重） 可生产高纯度的苯，甲苯，混合二甲苯及重芳烃等芳烃产品 目前市场上芳烃产品十分紧俏，价格较高 我国已建成投产的催化重整装置有一半是用来生产芳烃的1.目前我国催化重整现状 21 我 国 的 催 化 重 整 应 该 /必 然 要 大 力 发 展 ：环 保 要 求 -北 京 等 大 城 市 汽 车 达 欧 排 放 标 准芳 烃 生 产 要 求 -国 内 PX缺 口 极 大1.目前我国催化重整现状 22 据统计和预测: 到2010年我国还将建成投产约10套左右的重整装置，其加工能力约为1000万吨/年 装置规模趋于大型化，基本上都为连续重整装置 一半的生产能力用于高辛烷值汽油组分，另一半用来生产芳烃。1.目前我国催化重整现状 23 我国重整装置的平均处理能力偏低，处理量在40万吨/年以下的装置就有44套，占总数量的78% 这些装置因形不成经济规模，所以运行成本高，经济效益差 对这些装置通过适当的技术改造可以使其处理能力提高，其提高的幅度可达50100%，而改造投资仅为相同规模装置建设投资的50%70%，并且可使其技术水平提高 对现有的规模较小的装置进行技术改造以提高其处理能力，是提高我国重整处理能力另一个最主要和最佳的途径。 1.目前我国催化重整现状 24 2.催 化 重 整 工 艺 概 况 25 原料： 低辛烷值的石脑油（汽油) 产品： 富含芳烃的高辛烷值汽油组分 氢气 少量的液化气等生产目的： 高辛烷值汽油组分或芳烃2.催化重整工艺概况 26 催化重整装置生产的汽油的特点： 辛烷值高，一般为95106（RONC） 烯烃含量低，一般为0.11.0 芳烃含量较高，一般为5580左右 基本不含硫、氮、氧等杂质 重整汽油具有辛烷值高，安定性好等特点，是十分理想的车用汽油调和组分。2.催化重整工艺概况 27 催 化 重 整 可 付 产 大 量 廉 价 的 氢 气u催 化 重 整 可 付 产 大 量 廉 价 的 含 氢 气 体 ， 是 加 氢 装 置 非 常好 的 氢 源u重 整 装 置 的 纯 氢 产 率 为 2.5 4.0 ， 纯 度 可 达 90%以 上2.催化重整工艺概况 28 催 化 重 整 可 为 化 工 等 装 置 提 供 优 质 原 料 ：重 整 装 置 生 产 的 汽 油 含 芳 烃 一 般 为 55 80（ 重 ） 可 生 产 高 纯 度 的 苯 ， 甲 苯 ， 混 合 二 甲 苯 及 重 芳 烃 等 芳 烃 产 品 。而 这 些 芳 烃 产 品 是 有 机 合 成 ， 油 漆 ， 染 料 ， 医 药 ， 军 工 等 工 业 的基 本 原 料我 国 的 催 化 重 整 装 置 很 多 是 用 以 生 产 芳 烃 的 。重 整 汽 油 经 芳 烃 抽 提 后 的 抽 余 油 是 很 好 的 溶 剂 油 和 裂 解 原 料 。2.催化重整工艺概况 29 重 整 的 原 料 来 源 常减压的初馏塔顶和常压塔顶直馏石脑油馏分 加氢裂化和加氢改质石脑油。其芳烃潜含量高，是一种优良的重整原料，可不经预处理而直接进重整反应 乙稀裂解汽油的抽余油，环烷含量高，是比较好的重整原料 催化汽油部分馏分也可做重整原料 焦化石脑油。性质较差，在进重整反应部分之前要经加氢处理，并且因其稀烃和稠环含量多使催化剂生焦率高2.催化重整工艺概况 30 重整反应对进料有三个方面的要求： 馏程范围 族组成 杂质含量 经原料预处理过的重整反应进料必须满足上述三个要求 2.催化重整工艺概况 31 生产高辛烷值汽油时，一般采用84180OC馏分(C6 C12) 一般重整生成油的干点会比原料生高3040OC 2.催化重整工艺概况 32 生 产 芳 烃 时 合 适 的 馏 分 组 成目 的 产 品 合 适 的 馏 分苯甲 苯二 甲 苯苯 ， 甲 苯 +二 甲 苯 60 85OC85 110OC110 145OC60 145OC 2.催化重整工艺概况 33 杂质含量要求：重整原料中的少量杂质如砷、铅、铁、铜、汞、硫、氮、氧等会使催化剂丧失活性，这种现象称之为催化剂的“中毒” ， 而这些杂质则称之为“毒物”。使催化剂永久性中毒的“毒物” ，称之为“永久性毒物” ，金属毒物如砷、铅、铜、铁、镍、汞、钠等为永久性毒物，经过再生其活性不能恢复使催化剂暂时性中毒的“毒物” ，称之为“暂时性毒物” ，非金属毒物如硫、氮、氧等为非永久性毒物。经过再生后其活性能恢复2.催化重整工艺概况 34 杂 质 半 再 生 重 整 连 续 重 整砷铅其 他 金 属 1ppb(重 量 )*10ppb(重 量 )*20ppb(重 量 ) 1ppb(重 量 )*10ppb(重 量 )*20ppb(重 量 ) 总 硫总 氮氟 化 物氯 化 物 水 +溶 解 O2+化 合 O2 0 5ppm(重 量 ) 0 5ppm(重 量 ) 0 5ppm(重 量 )* 0.25, 0.5ppm(重 量 ) 0 5ppm(重 量 ) 0 5ppm(重 量 )* 0 5ppm(重 量 ) W2，因而P2P1，静压力下大上小。 对于中心集气管，由于气量自上而下不断增加，速度也不断增加，即 W 1W2 , 因而P2P1-P1 ，即分气管与集气管的压力差下部大于上部。 5.催 化 重 整 的 专 用 设 备 83 为了克服以上不均匀流动的现象，可以考虑以下几个措施： 扩大分气管和集气管的流动截面积，降低流速，使上下压差沿管长变化减小，从而使气流分布均匀些。 将分气管和集气管设计成变截面的锥形管，以维持管内流速变化不大，减小管内静压力的变化。 分气管和集气管上下采用不同的开孔率，用小孔阻力的变化补偿管内压力变化。 增加小孔阻力，使其大大超过分气管和集气管内的压力变化。 5.催 化 重 整 的 专 用 设 备 84 改 进 的 径 向 反 应 器 设 备 结 构 改 进 型 径 向 反 应 器 物 料 流 动 方 向 由 上 进 下 出 改 为 上 进 上 出5.催 化 重 整 的 专 用 设 备 85底 部 多 流 7.1% 上 进 下 出13.35KPa14.06KPa0.70KPa速 度 头 0.001.05 14.06KPa14.75KPa0.00 1.05速 度 头 KPa KPa 顶 部 多 流 1.3%KPa KPa1.05KPa速 度 头上 进 上 出 0.70KPa速 度 头5.催 化 重 整 的 专 用 设 备 86 5.催 化 重 整 的 专 用 设 备径向反应器轴向截面的压力等值线图与速度云图 等值线越密说明压力梯度越大。可以看出，压力梯度最大的位置在催化剂床层，而且在催化剂床层中压力等值线非常规律，不存在局部低压区，因此，催化剂床层中，气体不会形成旋涡。而在中心管中、中心管开孔附近形成了多处局部低压区，由于局部低压的形成，在中心管中部及开孔附近将形成多处小旋涡。在约翰逊网与中心管之间的空隙区域中，颜色非常一致，说明压力分布很均匀。催化剂床层中的气体速度 较小，大小分布均匀。出中心管过孔时，气体速度明显增大。 87 5.催 化 重 整 的 专 用 设 备径向反应器轴向截面的速度等值线图与云图 速度梯度最大的位置在扇形筒、中心管过孔及中心管中。催化剂床层中等值线十分稀疏，说明在催化剂床层中速度比较均匀。气体过孔后形成明显的受制射流形状。而在孔的附近区域存在明显的低速区，也就说明气流在此处已形成旋涡。气体进入催化剂床层中后，以近似径向的方向流动，到达约翰逊网壁时，改变方向， 从开孔处进入中心管。 88 5.催 化 重 整 的 专 用 设 备反应器轴向截面的速度矢量图 气体经由扇形筒分配进入催化剂床层中，在催化剂床层中速度大小基本一致，然后经由中心管开孔进入中心管中。气体在中心管及管的开孔附近的多个局部低压区形成旋涡。仍有部分气体通过催化剂顶部床层串入反应器上部无催化剂的空腔内，但是速度极小、量也极少。从速度流线图可以清晰地看出气 体在催化剂床层中以平推流的形式流动。 89 5.催 化 重 整 的 专 用 设 备反应器速度流线图 90 5.催 化 重 整 的 专 用 设 备反 应 器 横 截 面 的 流 线 视 图 图中浅灰色部分为扇形筒，黑色为工艺物流流动的迹线。迹线的疏密表示流动的趋势。从图中可以看出，扇形筒间不存在在大的周向流动。由于反应器结构的对称性，气体从扇形筒侧面出来后，经过碰撞后，流动方向转为沿反应器径向流动。周向流动几乎不存 在。 91 5.2 进 料 换 热 器5.催 化 重 整 的 专 用 设 备 92 我国早期重整装置中进料换热器都是采用U型管和浮头式，好几台串联操作，效率低，占地面积大，而且压力降高，不能满足低压重整的需要。从石油七厂多金属重整设计开始，用一台大型单管程立式换热器作为重整进料与反应生成物换热设备。 近年来催化重整设备方面另一个引人注目的进展就是采用焊板式换热器代替原来的纯逆流单管程立式换热器作重整进料换热器。5.催 化 重 整 的 专 用 设 备 93 单 管 程 立 式 换 热 器 焊 接 板 式 换 热 器 5.催 化 重 整 的 专 用 设 备 94 5.催 化 重 整 的 专 用 设 备 95 立 式 管 壳 换 热 器 板 式 换 热 器 热 负 荷 , MW 50.21 50.21 51.80 热 端 温 差 , 49 49 39 壳 程 数 2 1 1 总 传 热 系 数 ,W/m2. 270 502 499 总 传 热 面 积 , m2 4657 2499 3396 总 压 降 ,KPa 62.6 80.8 81.6 管 长 或 设 备 长 度 ， 米 19.8 13.4 14.9 设 备 直 径 , 米 1.52 1.96 2.05 设 备 重 量 , 吨 2 54.8 36.6 49.7 典 型 的 立 换 与 板 换 的 比 较5.催 化 重 整 的 专 用 设 备 965.3 多 流 路 四 合 一 加 热炉 5.催 化 重 整 的 专 用 设 备 97 重整反应炉被加热物流为循环氢气和油气，体积流率很大，既要有利于加热又要压力降小，因此存在着一个多流路炉管的设计问题，并联流路有时高达几十路，同时为了缩小占地，减少投资，对于规模较大的重整装置，往往把四个加热炉联合在一起，成为一个四合一炉，炉管采用U型（集合管在上）或形（集合管在下）。5.催 化 重 整 的 专 用 设 备 98 多 流 路 炉 管 配 置5.催 化 重 整 的 专 用 设 备 U型四合一重整反应加热炉 99 5.催 化 重 整 的 专 用 设 备 型四合一重整反应加热炉 100 多 流 路 炉 管 配 置5.催 化 重 整 的 专 用 设 备U型（集合管在上）形（集合管在下） 101 多流路加热炉物流计算5.催 化 重 整 的 专 用 设 备 102 5.4 再 生 器5.催 化 重 整 的 专 用 设 备 103 再生器是连续重整的主要设备，设备从上而下包括烧焦，氧氯化及焙烧干燥等过程。 5.催 化 重 整 的 专 用 设 备 104 UOP连 续 重 整 再 生 器结 构 : 再 生 器 自 上 而 下 分 为 4个 区 ： 烧 焦 区 、 氧 氯 化 区 、干 燥 焙 烧 区 和 冷 却 区 。 烧焦 区 为 径 向 床 结 构 ； 氧 氯化 区 、 干 燥 焙 烧 区 和 冷 却区 为 同 心 筒 结 构 。 5.催 化 重 整 的 专 用 设 备 105 IFP再 生 器 结 构 : 再 生 器 自 上 而 下 分 为 4个区 ： 一 段 烧 焦 区 、 二 段 烧 焦 区 、氧 氯 化 区 和 焙 烧 区 。 一 段 和 二段 烧 焦 区 为 径 向 床 结 构 ； 氧 氯化 区 为 轴 向 床 结 构 、 焙 烧 区 为同 心 筒 结 构 。 5.催 化 重 整 的 专 用 设 备 A/B/C OUT OUTINB T.L.AT 120IN INB ATW6P3P2TWB BP PA AOUTBIN TWINBOUTBTWHH TWINB PINLALLLI LALLT.L. IN MH INATWA/B/C MHMHA BOUTOUTOUTATWINAIN MH4AOUTHHAMH INAMH 106 6 重 整 装 置 能 耗 分 析 107 重整装置因所采用的原料种类和性质、要求的产品方案以及装置规模的不同其能耗差别很大。 一般规模越小、原料越差、要求的产品辛烷值越高、外送氢气的纯度的压力越高其能耗越大。 生产高辛烷值汽油与生产芳烃的重整装置能耗相差很大6重整装置能耗分析 108 一般半再生重整装置能耗为80-90万大卡/吨进料左右 连续重整为100-110万大卡/吨进料左右。6重整装置能耗分析 109 6.1 半 再 生 重 整 装 置 能 耗 分 析6重整装置能耗分析 110 以一套半再生重整装置为例：原料：大庆53%的直馏和47%的加氢石脑油处理量：20万吨/年产品：RON95的高辛烷值汽油 平均反应压力：1.4 MPa氢油比：600：1（一段）和 1200：1（二段） 6重整装置能耗分析 111 公 用 工 程 消 耗 预 处 理 部 分 重 整 反 应 部 分 产 品 分 离 部 分 合 计 循 环 水 ， 吨 /吨 进 料 电 ， Kwh/吨 进 料 燃 料 ， 公 斤 /吨 进 料 3.5MPa 蒸 汽 ， 吨 /吨 进 料 1.0MPa 蒸 汽 ， 吨 /吨 进 料 除 氧 水 ， 吨 /吨 进 料 3.3 28.2 34.0 - - - 4.65 1.13 83.5 0.62 -0.868 0.28 7.5 5.22 12.5 - - - 15.45 34.55 130.0 0.62 -0.868 0.28 典 型 的 半 再 生 重 整 装 置 公 用 工 程 消 耗 -表 示 装 置 产 生 外 送 量 ， 余 热 锅 炉 产 生 3。 5MPa蒸 汽 ， 循 环 氢 压 缩 机 采 用 背 压 式 透 平 驱 动 6重整装置能耗分析 112 典 型 的 半 再 生 重 整 装 置 各 部 分 能 耗6重整装置能耗分析 113 重整反应部分的能耗最高，约占全装置能耗的53.6%左右； 预处理部分的能耗约占全装置能耗的34.6%左右； 产物分离部分的能耗最小，占全装置能耗的11.8%; 在单项公用工程消耗中，燃料能耗占比例最大： 其中重整反应部分燃料消耗量最大。主要是重整反应热。 预处理和产物分离燃料能耗分别占各自能耗的73%和79%。 重整烟气余热锅炉发生蒸汽为装置贡献能量，占全装置能耗的21.6% 6重整装置能耗分析 114 半再生重整装置的两个能耗“大户” 加热炉的能耗占整个装置能耗的76%，而重整反应加热炉占的比例最大。压缩机的能耗占装置能耗的11%。 两项共计占全装置能耗的87%。因此节能措施应主要针对这两个耗能大项进行6重整装置能耗分析 115 6.2 连 续 重 整 装 置 能 耗 分 析 6重整装置能耗分析 116 典 型 的 UOP连 续 重 整 装 置 能 耗6重整装置能耗分析 117 典 型 的 IFP连 续 重 整 装 置 能 耗6重整装置能耗分析 118 按 装 置 生 产 单 元 进 行 能 耗 分 析 ， 连 续 重 整 各 单 元 所 占 装 置 能 耗 比 例 单 元 名 称 占 全 装 置 的 能 耗 的 比 例 预 处 理 部 分 1922% 重 整 反 应 部 分 70% 催 化 剂 再 生 部 分 25% 重 整 油 分 馏 部 分 58% 6重整装置能耗分析 119 重整反应及产物分离部分的能耗比较高，约占全装置能耗的75%左右； 预处理部分的能耗约占全装置能耗的20%左右； 催化剂再生部分的能耗仅占全装置能耗的2-5%。 预处理部分主要用于重整反应原料的精制，因此它的能耗主要取决于原料油的杂质含量及C6烷烃以下的轻石脑油的比例。 催化剂再生部分的能耗占全装置能耗的比例较小，因此，不同催化剂再生工艺的能耗差别对全装置能耗的影响不大。 对于采用不同工艺技术的连续重整装置来讲，在装置生产规模、原料组成、产品要求相同的前提下，原料预处理、重整反应及产物分离等部分的能耗基本相同，只是催化剂再生和循环方式不同使催化剂再生部分的能耗有所差别 6重整装置能耗分析 120 连续重整装置的两个能耗“大户”加热炉的能耗占整个装置能耗的67.3%，而重整反应加热炉占的比例最大。压缩机的能耗占装置能耗的21.6%。 两项共计占全装置能耗的88.9%。因此节能措施应主要针对这两个耗能大项进行 6重整装置能耗分析 121 6.3 两 种 重 整 工 艺 能 耗 对 比 分 析6重整装置能耗分析 122 无论何种重整工艺类型，其反应条件对能耗的影响较大，相同原料条件下： 苛刻度（产品的辛烷值）决定反应条件 苛刻度高=温度高、压力低、氢/烃比大=能耗高 不同的反应苛刻度，其能耗差别较大6重整装置能耗分析 123 半再生重整的反应苛刻度小于连续重整，需要的反应热比连续重整少。半再生重整的反应压力（约1.4MPa）高于连续重整(约0.24MPa)，循环氢压缩机及产氢增压机的功率小于连续重整。半再生重整比连续重整能耗低 6重整装置能耗分析 124 对重整能耗影响最大的是反应炉和循环氢压缩机半再生重整加热炉的能耗占整个装置能耗的76%，压缩机的能耗占装置能耗的11%。连续重整加热炉的能耗占整个装置能耗的67.3%，而重整反应加热炉占的比例最大。压缩机的能耗占装置能耗的21.6%。两项共计占全装置能耗的88%。因此节能措施应主要针对这两个耗能大项进行，6重整装置能耗分析 1257 降 低 重 整 能 耗 的 措施 126 根据以上能耗分析，催化重整装置的节能途径主要应当是：提高加热炉热效率降低循环氢压缩机功率选定适当的氢气压送压力优化工艺流程选用高效设备7 降 低 重 整 能 耗 的 措 施 127 应通过强化换热，提高反应进料和分馏塔进料温度，同时降低分馏塔的回流比，以降低加热炉的热负荷 结合反应条件的优化，降低预加氢循环氢和重整循环氢的氢油比并减少重整氢增压机压力平衡的返回量等措施达到节能降耗的目的 尽量利用装置的低温热。7 降 低 重 整 能 耗 的 措 施 128 提高加热炉热效率-余热回收 一套典型的催化重整装置设有加热炉8台，（1台预加氢进料炉，4台重整反应炉，3台重沸炉），炉子多，热负荷大，是装置节能的重点。加热炉有效热负荷是由工艺过程决定的，因此加热炉节能的主要目标是烟气余热回收，提高加热炉的热效率。7 降 低 重 整 能 耗 的 措 施 129 提高加热炉热效率-余热回收 重整反应加热炉用于加热反应物料（5000C）的负荷只占总负荷的5360%，辐射室排烟温度 8000C。 设余热锅炉，处理1吨重整进料其反应加热炉高温烟气可发生3.5MPa蒸汽0.26吨。 自产的蒸汽基本满足循环氢透平用。7 降 低 重 整 能 耗 的 措 施 130 提高加热炉热效率新型高效炉型-四合一炉采用高效火嘴多流路并联炉管-降低压降加热炉总热效率90%。7 降 低 重 整 能 耗 的 措 施 131 强化重整反应进料换热器的换热量 反应物出口温度5000C，而反应进料要通过加热炉加热到大于5000C。增加重整进料与反应产物换热器的换热量对降低能耗有重要影响。换热越多则进料加热炉的热负荷越小，同时产物空冷器的冷却负荷也越小，对节能是很有利的。 目前都采用一台单管程纯逆流合金钢立式换热器或者焊板式换热器。这两种换热器的传热系数高、压降小、占地面积小。 一台单管程纯逆流合金钢立式换热器的压降仅为0.02MPa左右，而传热系数是普通管壳式换热器的1.5倍。 7 降 低 重 整 能 耗 的 措 施 132 换 热 器 热 负 荷 ， kw 16428 17330 17856换 热 面 积 ， m2 1060 1640 2026进 料 /产 物 换 热 器 换 热 器 重 量 ， t 35 50 67热 流 出 口 温 度 ， 0C 140 125 119冷 流 出 口 温 度 ， 0C 404 422 432总 传 热 系 数 ， kcal/hr.m2. 0C 261.7 239.6 235.8管 程 /壳 程 压 力 降 ， kg/cm2 0.08/0.21 0.09/0.19 0.11/0.21第 一 重 整 炉 热 负 荷 ， kw 4814 3912 3386 燃 料 气 消 耗 ， kg/hr 505 411 355燃 料 气 年 操 作 费 用 ， 万 元 363.6 295.9 255.6比 前 一 种 方 案 节 省 ， 万 元 67.7 40.3换 热 器 投 资 ， 万 元 192.5 275 368.5 比 前 一 种 方 案 增 加 投 资 ， 万 元 82.5 93.5投 资 回 收 年 限 ， 年 1.22 2.32 立 式 换 热 器 面 积 变 化 对 冷 热 流 出 口 温 度 和 反 应 进 料 加 热 炉 影 响7 降 低 重 整 能 耗 的 措 施 133 由表中可见反应进料/产物换热器热负荷非常大（与四个反应炉的负荷相差不多）不同换热面积对反应进料加热炉的影响很大，操作费用变化很大尽管反应进料/产物换热器面积增大很多，但投资回收期增加幅度不大增大反应进料/产物换热器面积，节能效果非常好7 降 低 重 整 能 耗 的 措 施 134 板式换热器与单管程纯逆流合金钢立式换热器相比，传热系数增加1倍。能够进一步减少换热器的热端温差，增加换热量，对回收热量有利。 7 降 低 重 整 能 耗 的 措 施 135 板式换热器能够减少换热器的热端温差，增加换热量，对回收热量有利 立式换热器与板式换热器比较7 降 低 重 整 能 耗 的 措 施 136 60万吨/年连续重整采用立式与焊板式换热器的比较 换 热 器 形 式 立 式 换 热 器 工 况（ 基 本 工 况 ） 焊 板 式 换 热 器 工 况 焊 板 式 换 热 器实 际 标 定 工 况 换 热 面 积 ， m2 4000 2800热 流 流 出 口 温 度 ， 0C 110 100 95.3 100.2回 收 热 量 ， MW 25.9 26.8 27.2 26.8板 换 比 立 换 多 回 收 热 量 ， MW - 0.9 1.3 0.9 节 省 燃 料 -吨 /年 - 688 994 688万 元 /年 - 68.8 99.4 68.8 7 降 低 重 整 能 耗 的 措 施 137 与立式换热器相比，板式换热器多回收的1MW的热量，约占第一重整加热炉和重整产物空冷器负荷的20%和15%。这两部分的设备投资和空冷器的操作费用也会因热负荷的减少而有所下降。表中没有考虑。7 降 低 重 整 能 耗 的 措 施 138 适当选定循环气量降低循环压缩机功率 循环气量是决定循环压缩机功率的重要因素，它是由反应的氢烃比决定的。氢烃比的大小直接影响催化剂上的积碳量，应当根据反应的苛刻度正确地加以选定。7 降 低 重 整 能 耗 的 措 施 139 重 整 应 选 择 合 适 的 苛 刻 度 和 操 作 条 件7 降 低 重 整 能 耗 的 措 施 140 降低临氢系统压力降 临氢系统的压力降，决定循环氢压缩机的压缩比，循环氢压缩机的功率随压缩比的增加而增加，因此压缩比应当尽量减小。随着重整反应压力的降低，要求临氢系统的压力降进一步减小。 7 降 低 重 整 能 耗 的 措 施 141 半 再 生 重 整 连 续 重 整 反 应 器 190 80 加 热 炉 180 85 换 热 器 90 80 冷 却 器 70 20 管 线 50 50 合 计 580 315 典 型 的 重 整 装 置 临 氢 系 统 压 力 降 （ KPa）7 降 低 重 整 能 耗 的 措 施 142 为了降低临氢系统的压力降，应采取的措施是： 采用径向反应器代替轴向反应器； 采用大型单管程立式换热器或焊接板式换热器代替多个串联的U型管换热器； 加热炉增加并联流路； 空冷器改用单管程，水冷器增加并联流路； 布置紧凑，以尽量减少管线长度，同时适当增大管径； 改进流程，如采用两段混氢，取消后加氢等。7 降 低 重 整 能 耗 的 措 施 143 加热炉增加并联流路，降低压降： 大型重整反应加热炉管的排列方式有两种：正U型管式和倒U型管式。正U型管式的进出两个集合管在炉顶部，多根炉管呈正U形与两个集合管相连接；而倒U型管式的进出两个集合管在炉底部部，多根炉管呈倒U形与两个集合管相连接。这两种形式的炉型炉管排列的数目都很多，主要目的是降低流速，减少压降。7 降 低 重 整 能 耗 的 措 施 144 低温热的利用 重整有很多低温热，如： 与进料换热后的反应产物，温度大于100OC，直接通过空冷冷却到40OC左右进高分； 与进料换热后的稳定汽油，温度大于100OC，直接通过空冷和水冷冷却到40 OC左右后出装置。 冷却这些物料所需的冷却热负荷很大，因此这些低温热量应该回收 可用这些低温热加热重整余热锅炉所用脱盐水等 7 降 低 重 整 能 耗 的 措 施 145 采用新型塔板，提高分离效率，优化操作条件结合工艺要求，采用高效塔板，或适当增加塔板数，同时优化回流比，减小塔底加热炉和塔顶空冷器及水冷器的负荷，降低装置的能耗。7 降 低 重 整 能 耗 的 措 施 146 7 降 低 重 整 能 耗 的 措 施 147 重整工艺为高温催化反应工艺，能耗较高； 反应苛刻度大其能耗高，连续重整的能耗高于半再生重整； 能耗的高低除与反应苛刻度有关外，还与原料种类、产品的分离要求以及外送氢的最终压力有关， 因此，重整装置的能耗不能一概而论； 重整装置的两个能耗大户是加热炉和循环氢压缩机，节能重点应在这两部分； 应采用一些高效节能的新型设备，如焊板式进料/反应产物换热器等。7 降 低 重 整 能 耗 的 措 施 148 8.流程改进及提高效益的某些措施 149 8.流 程 改 进 及 提 高 效 益 的 某 些 措 施 150 氢气是重整装置中一个非常宝贵的副产品，它为工厂加氢装置提供了一个廉价的氢气来源。 为了提高氢气纯度和回收轻烃，重整氢气常面临一个提纯问题。随着重整反应压力的降低，这问题更加突出。 8.流 程 改 进 及 提 高 效 益 的 某 些 措 施 151 氨冷却再接触,然后再经预加氢提纯氢气的流程 8.流 程 改 进 及 提 高 效 益 的 某 些 措 施 152 氢 气 提 纯 效 果 8.流 程 改 进 及 提 高 效 益 的 某 些 措 施 153 再 接 触 操 作 压 力 与 温 度 对 提 纯 效 果 的 影 响 8.流 程 改 进 及 提 高 效 益 的 某 些 措 施 1548.2 8.流 程 改 进 及 提 高 效 益 的 某 些 措 施 155 稳定塔顶气体中回收液化气的几种做法：A. 稳定塔前设液化气回收罐的流程 8.流 程 改 进 及 提 高 效 益 的 某 些 措 施 156 B.稳定塔顶气体与增压机一段出口气体与油混合吸收的流程 8.流 程 改 进 及 提 高 效 益 的 某 些 措 施 157 回 流 罐 顶 气 体 不 同 吸 收 方 法 的 计 算 结 果 8.流 程 改 进 及 提 高 效 益 的 某 些 措 施 1588.3 氢 气 脱 氯 问 题 8.流 程 改 进 及 提 高 效 益 的 某 些 措 施 159 催化重整的产氢中有时含氯26ppm(分子)，这样高含量的氯化物能引起下游装置盐析和腐蚀，因此一般都要在产物离开重整装置以前先脱氯。 8.流 程 改 进 及 提 高 效 益 的 某 些 措 施 160 脱 氯 罐 典 型 流 程A 出 料进 料 B 8.流 程 改 进 及 提 高 效 益 的 某 些 措 施 1619.安 全 设 施 设 置 的 考 虑 1629.1重 整 循 环 氢 低 流 量 的 联锁 9.安 全 设 施 设 置 的 考 虑 163 重整循环氢主要作用： 热载体的作用，使反应加热炉提供的热量均匀地分布于反应器床层并带离反应器，可以保证催化剂床层温度均匀分布并且保证没有局部超温现象以保护催化剂 循环氢可以使反应物料在催化剂表面上均匀分布，使催化剂充分发挥效率 循环氢的存在可以抑制反应物料的热裂解以阻止焦碳的生成 9.安 全 设 施 设 置 的 考 虑 164 重整循环氢断流或流量过低对装置造成的危害： 催化剂床层超温并且在催化剂上和反应系统中积碳，使催化剂失活。 催化剂床层易短路 炉管偏流，局部超温，严重时烧穿炉管，造成恶性事故发生 反应进料可能倒入循环氢管线直至压缩机，造成管线震动或损害压缩机。 9.安 全 设 施 设 置 的 考 虑 165 多流路加热炉管排布，流量降低容易偏流、超温、积碳 积碳形成后，炉管中的介质流量进一步降低，带走的热量就会减少，炉管的温度进一步上升，积碳进一步加剧，形成恶性循环，直至在局部积碳把炉管堵死，造成该炉管断流 断流将很快使炉管局部超温变红，严重时烧穿炉管造成恶性事故发生 在炉管中的积碳很难用吹扫等常规方法去除，尤其是对正U型排列的炉管，灰状的积碳会堆积在U型弯的底部无法排除，发生这种情况就要全装置停工把炉管切开进行处理 9.安 全 设 施 设 置 的 考 虑 166 循环氢断流或者流量降低导致压力降低，反应进料可能倒入循环氢管线直至压缩机，造成管线震动或损害压缩机 重整循环氢压缩机来的混氢流量降低到一定程度时，应采取的保护措施： 自动切断重整反应加热炉的燃料以使其降温 并且应当切断反应进料 9.安 全 设 施 设 置 的 考 虑 167 控制方案： DCS输出一个联锁信号同时关闭重整油进料泵、进料控制阀和重整反应加热炉燃料控制阀： 9.安 全 设 施 设 置 的 考 虑 168 9.安 全 设 施 设 置 的 考 虑9.2离心式重整循环氢压缩机防喘震系统的考虑 169 不必要 循环氢流程的本身为循环回路，并且在回路上没有如流量调节阀等的节流设施，因此不存在喘震条件，所以无须设置防喘震系统 有害处 一旦由于误操作等原因使防喘震阀打开，则会造成循环氢短路，循环氢不能进入反应系统，就会造成如前面所述的系统及催化剂结焦和损害等安全事故的发生 有经验 国外设计基本都不设置防喘震系统。国内大多也不设。在实际操作中没有发生过问题 9.安 全 设 施 设 置 的 考 虑 170 9.安 全 设 施 设 置 的 考 虑9.3 重 沸 炉 的 多 流 路 控 制 与 低 流 量 保 护 171 没有防偏流自动控制和联锁保护设施的多流路重沸炉，易发生： 进料流量降低时，会发生偏流 偏流时某根或几根炉管的质量流量过低 流量过低时发生炉管结焦，甚至烧穿炉管 为防止多流路重沸炉发生偏流，应设置进料分支流路的均流量控制及总流量低流量自动保护联锁系统 9.安 全 设 施 设 置 的 考 虑 172 9.安 全 设 施 设 置 的 考 虑重沸炉的多流路控制与低流量保护方案 173 9.安 全 设 施 设 置 的 考 虑9.3 安 全 环 保 系 统 的 考 虑 ： 放空系统 取样系统 装卸系统 劳保设施 17410. 装置的扩能改造 175 10.1 重 整 装 置 的 特点 10.装 置 的 扩 能 改 造 176 10.1 原 则 考 虑 根据实际情况决定改造目标： 尽量利用现有设备，减少改动的工程量，这是节约投资的关键，也是改造工程项目存在的必要条件； 改造后的装置应当具有一定的技术水平以迎接新世纪的挑战，这是有关工厂对改造工作提出来的要求； 减少施工对现有装置生产的影响也是做出好装置改造工作的一项重要要求，为此需要合理安排施工工作，交叉作业，缩短现有装置的停工时间。 10.装 置 的 扩 能 改 造 177 10.2 改 造 的 基 本 思 路针对我国大部分半再生重整装置的现状，对这些装置消除“瓶颈”的技术改造工作应当在挖潜、优化、巧安排上做文章 反应器我国不少现有装置中的预加氢反应器偏大，体积空速只有2h -1，而我国催化剂现有水平已可将体积空速提高到6-8h-1，因此即使处理量提高3-4倍，预加氢反应器也可以不加大。重整反应器，除了根据反应要求也可适当调整空速外，可以根据反应器前小后大的特点，将原有的三、四反作一、二反用，新建三、四反或者在后边并联或串联一台反应器。如果原来只有三个反应器可以在后边增加一炉一反，即新增加一台大的反应器作第四反应器，前边反应器不动。 10.装 置 的 扩 能 改 造 178 压缩机过去的预加氢氢油比大都比较大，一般在250Nm3/m3左右，根据现在经验，100Nm3/m3左右就可以满足需要，因此预加氢循环压缩机往往可以基本不动。重整循环压缩机可以通过调整氢油比、二段混氢等方法尽量保留原有压缩机，或者与压缩机制造厂商量对汽缸活塞作适当改动。必要时增加一台压缩机并联操作。 加热炉考虑到预加氢反应前后温度变化很小，如果适当增加进料换热器的传热面积，加热炉不改动的可能性是存在的。 重整加热炉则往往需要加大。原有的几台反应加热炉负荷不等，可以前后调整使用，加长炉管或增加炉管根据数，必要时要考虑新增一台加热炉。 10.装 置 的 扩 能 改 造 179 塔 催化重整装置一般有三个塔，即预分馏塔、汽提塔和稳定塔，这些塔应当在挖潜、优化的基础上分别提出改造方案，有的可以通过降低回流比进行挖潜，有的需要增塔板数，局部扩大或改用新型塔板或填料，差别太大的则需要更换新塔。 冷换设备 首先合理地调整冷换设备的负荷，明确压降要求。然后根据计算结果，对现有冷换设备作出不动、调整使用或适当增补的选择。 10.装 置 的 扩 能 改 造 180 泵 根据泵的特性曲线计算流量逐台核实泵的规格，有的可以不动，有的可增加一台（两开一备），有的可调换使用，少数情况需要以大换小。 容器 根据工艺核算情况分别处理，有的可以不动，有的需要调剂使用或新做，如将原有产品分离罐改作回流罐并新做一个产品分离罐等。 10.装 置 的 扩 能 改 造 181 10.3 改 造 技 术 路 线 选 择 催化重整有半再生重整、连续重整、逆流移动床重整、末反再生、组合式重整（前边固定床后边移动床）等多种模式，改造时要结合实际情况考虑； 由于各厂情况不同，改造工作不宜限于一种模式，既要满足工厂需要，又要尽量减少工程量和投资，需要根据工厂具体条件通过技术经济论证予以确定。 10.装 置 的 扩 能 改 造 182 11.投 资 及 成 本 分 析 183 11.1投 资 分 析 184 工程建设投资由建设投资、投资方向调节税、贷款利息和铺底流动资金组成。在工程概算的建设投资中包括以下四部分：1. 固定资产投资 工程费用，包括全部工程的设备购置费、安装工程费和建筑工程费 其他费用，包括土地使用费、工程监理费、勘察设计费、引进设备和压力容器检验费、联合试运转费、施工机构迁移费等2. 无形资产投资，包括专利使用费、土地使用权出让金等3. 递延资产投资，包括生产准备费、出国人员费用、银行担保费等4. 预备费，包括基本预备费、工程造价调整预备费等 11.1投 资 分 析 185 催 化 重 整 装 置 的 建 设 投 资 与 装 置 规 模 、原 料 性 质 、 产 品 要 求 、 工 艺 技 术 和 现场 条 件 有 关 。 一 套 生 产 RON95重 整 油的 40万 吨 /年 半 再 生 重 整 装 置 ， 大 约需 要 投 资 22.5亿 元 ， 而 如 果 要 生 产RON100以 上 重 整 油 ， 采 用 连 续 重 整装 置 ， 则 投 资 往 往 要 在 3亿 元 以 上 。催 化 重 整 装 置 建 设 投 资 中 各 种 投 资 费用 的 比 例 ， 以 一 套 50万 吨 /年 连 续 重整 概 算 为 例 ， 如 图 所 示 。在 这 一 实 例 中 ， 固 定 资 产 投 资 （ 包 括工 程 费 及 其 他 费 用 ） 占 92.53%， 无形 资 产 投 资 和 递 延 资 产 投 资 占 2.38%， 预 备 费 占 5.09%。 11.1投 资 分 析 186 工程费用是建设投资中的主要部分和基础，约占建设总投资8085%，是影响投资高低的决定性因素。工程费用中各项工程费用的分配以一套30万吨/年半再生重整为例，如图所示。 11.1投 资 分 析 187 从技术工作的角度，降低投资主要是要降低工程费用。工程费中各种设备费大约占了一半，其次是仪表、土建和管道。对设计者来说，首先要想办法降低设备费用，要让设备少一些、小一些、造价低一些，同时尽量减少占地面积以节约管道和土建投资。降低仪表费用对重整装置也有重要的意义。 在重整装置的设备中，投资最大的是加热炉和氢气压缩机，它们各占设备总投资的30%左右；其次是冷换设备和电器设备，各占设备投资的1012%。反应器只占设备总投资的5%，对投资影响不大，但反应器的大小并不只是影响设备费用，其中催化剂的费用是反应器设备费的4倍，不容忽视。 11.1投 资 分 析 188 按工艺过程划分，以一套40万吨/年Regen C连续重整为例，工程费用中重整（重整反应及产品处理）占62.1%，预处理（预分馏和预加氢）占13.6%，催化剂再生占24.3%，如图所 11.1投 资 分 析 189 以一套60万吨/年CycleMax连续重整装置为例，按2003年中油公司经济评价油品价格计算装置的总成本费用为152381 万元/年， 生产成本包括原料费 、辅助材料费 、燃料动力费、工资及福利费和制造费用，在实例中为151718万元，占总成本的99.56%。 扣除原料费以后的加工费为12981万元/年，按重整原料量为基础计算，每吨重整原料的加工费（包括折旧费和修理费）为216.35元。 原料费是成本费中最主要的因素，占总成本费的91.04%，其他所有加工、制造、管理等费用占总成本还不到10%，因此原料石脑油价格的高低对重整装置成本有着决定性的影响。 11.2成 本 分 析 190 只计算加工费、折旧和大修的费用，不包括原料费用的成本比例如图所示。 从图可以看出，对加工成本影响最大的是燃料和蒸汽。因为加热炉余热副产蒸汽，多余蒸汽外送，蒸汽的费用是负值，因此成本主要是消耗在燃料上。加工费中影响第二大的就是电，主要消耗在压缩机上。从节约成本出发，燃料尽量采用廉价的燃料油或燃料气，避免使用价格昂贵的液化气。 11.2成 本 分 析 191 5.催 化 重 整 的 专 用 设 备反应器速度流线图 192 5.2 进 料 换 热 器5.催 化 重 整 的 专 用 设 备 193 多流路加热炉物流计算5.催 化 重 整 的 专 用 设 备 194 无论何种重整工艺类型，其反应条件对能耗的影响较大，相同原料条件下： 苛刻度（产品的辛烷值）决定反应条件 苛刻度高=温度高、压力低、氢/烃比大=能耗高 不同的反应苛刻度，其能耗差别较大6重整装置能耗分析 195 8.流程改进及提高效益的某些措施 196 氢 气 提 纯 效 果 8.流 程 改 进 及 提 高 效 益 的 某 些 措 施 197 稳定塔顶气体中回收液化气的几种做法：A. 稳定塔前设液化气回收罐的流程 8.流 程 改 进 及 提 高 效 益 的 某 些 措 施 198 10.1 重 整 装 置 的 特点 10.装 置 的 扩 能 改 造